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长输管道自动焊设备的应用和发展
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:1/26/2007 阅读:12295

 长输管道自动焊设备的应用和发展

 

西气东输工程是我国首次规模化使用自动焊技术,并充分显示先进技术优越性的示范工程。通过这一跨世纪宏伟工程的洗礼,管道自动焊技术已为大多数的施工单位所接受,必将在今后的管线工程中得到更为广泛的应用,发挥更大的作用。中国石油集团工程技术研究院自1997年以来一直致力于管道自动焊设备及工艺技术的研究,已有近十年的开发应用历史,研制完成的APW系列管道自动焊设备,用于管道工程70余套,其中,在西气东输工程中应用56套。取得了较好的工程应用业绩,并积累了丰富的现场施工经验。在西气东输工程结束后的近几年,又继续致力于这项技术的深入研究,并在管道焊接智能化技术,以及自动封底焊技术等方面取得了具有应用价值的成果,并开始发挥作用。对这方面工作进行梳理和总结,对于推动管道自动焊技术的进一步发展,是一项有意义的工作。下面就是对这方面工作的一点回顾和思考。
       1. APW-
型自动焊焊机的特点及其应用
       APW-
型管道全位置自动焊机的研制立足于我国管道施工技术状况,充分利用当今科技发展的最新技术成果,针对性地开发研制出一套符合我国国情的全位置管道自动焊设备。力图从根本上提高我国现场管线焊接的生产率及质量,改善焊工的劳动条件。其技术成果是一套适用于我国现场技术条件和工人技术文化素质的管线自动焊专用设备及其配套技术。
       1.1
设备的主要技术特点
       APW-
型管道全位置自动焊机由焊接机头(包括小车行走系统、焊枪摆动系统、焊枪高度调节系统)、焊接轨道、控制系统、焊接电源等几部分组成。
      
其主要技术特点是:
     
1 适用于大中口径的长输管线固定连接口的全位置焊接。
      
2 驱动控制系统采用以PWM调速为基础的直流伺服驱动控制技术及位移传感检测的闭环控制系统,定位精度高,抗干扰能力强,实现了现场使用所需的可靠性和耐用性。
      
3 焊接参数如电流、电压、焊枪摆动速度、摆动幅度、两端停留时间,既可在焊前设置,同时,也可在焊接过程中进行实时调节。
      
4 为了实现高摆速下对摆幅的精确控制,本项目采用了位置反馈摆幅控制传感电路,通过特殊设计的传感器,将摆动系统的位移量转换成可控的电信号,同时具有位置的记忆功能。
      
5 轨道采用开启式刚性环形轨道的形式,其重量轻,装卡方便,辅助时间短。轨道装卡时间≤05分钟。
      
6 技术完整,有与之配套的焊接工艺技术。
      
其中,自动控制与人工干预相结合的这项关键技术,解决了我国管道施工中坡口加工误差大、现场组对错边、对口间隙不一给自动焊带来的难题。使自动焊的一次合格率可达98%。这是该设备与国内外其它同类设备相比,最显著的优点。这一特点是管道自动焊设备能够在我国的工况条件下,达到工程化、实用化的重要前提。
       1.2 APW-
型管道全位置自动焊机在工程中的应用
       1.2.1
应用概况
      
1 20015月起,APW-型管道全位置自动焊机先后分别用于大庆、辽河、华北、长庆、大港等油建施工单位共56套,累计完成西气东输主线路及支线工程的管线焊接100余公里,焊接一次合格率达到98%以上。
      
2 作为石油行业的专业院所,在致力于技术开发的同时,更注重将新技术转变为施工企业提高效益的手段。为备战西气东输,组织开展了自动焊焊工培训,共培训熟练掌握自动焊操作的焊工约300余名,这是新技术推广中必不可少的基础性工作。
      
3 工程院还与中油管道局共同承担了西气东输线路工程焊接工艺技术的研究。针对西气东输工程高标准、高质量的技术要求,在对大口径、厚壁、高强度级别的X70管线钢的焊接性进行深入分析的基础上,采用APW-型管道全位置自动焊设备,进行自动焊工艺技术的研究和焊接工艺评定试验,编制了焊接工艺规程,为自动焊设备能够真正进入西气东输工程,提供了重要的技术支持。
       1.2.2
工程应用实例
       
12002年,辽河油建二公司用APW-型管道全位置自动焊设备10套组成自动焊作业班,20名焊工经过培训,一次取得了西气东输管道公司颁发的上岗作业证,20027月至11月投入西气东输工程17标段工程施工,累计焊接完成1252焊口,其中Ф1016×14.6管道915道口、Ф1016×17.5管道337道口, 累计长度14.16公里,焊接一次合格率达到了98.7%。是西气东输东段工程上焊接质量最好的机组之一,受到了工程总监和业主的高度评价。
       
2002年成功的在西气东输工程中应用以后,辽河油建二公司于2003年又采用14套设备在西气东输10标段B段上施工,焊接西气东输管道Ф1016×14.6累计长度20余公里,焊接一次合格率达到98.8%
   
2 长庆油建公司2003611月,在对焊工进行上岗培训后,采用APW-型管道全位置自动焊设备,进行西气东输13标段B段的施工,焊接Ф1016×14.6的管道40.2公里,焊接一次合格率达98%以上。
       
3 大港油建于20054月,采用12APW-型管道全位置自动焊设备组成一个流水作业机组,在其承揽的西气东输支线——冀宁联络线8标段进行自动焊作业,取得预期的效果。
       2
、新技术的研发
       2.1管道焊接智能化技术
       
柔性化、智能化技术的发展代表着管道自动焊技术的发展方向。工程技术研究院在APW-II型设备的开发和应用取得成功的基础上,结合现场应用的实际情况及日益增长的施工要求,进行了新一代自动焊设备的开发研究。一方面对现有技术进行进一步的完善和提高,另外还增加了智能化功能。
随后推出的APW-III型数字式智能型长输管道全位置自动焊机,是APW-型焊机的升级换代产品。这型焊机的特点如下:
       
1 采用工业计算机系统通过硬件设计和软件编程,实现对整个焊接过程的自动控制。各区段的焊接参数存储在计算机中、焊接过程中自动进行参数切换。为弥补现有技术的不足,在计算机进行全程控制的过程中,插入人工干预功能,这是结合现场条件的实用化功能。
       
2 采用了角度编码空间位置检测系统,能够精确地确定焊接小车的角度位置。从而使焊接小车能够在任意位置,以该位置的焊接参数起弧焊接。
       
3 摆动系统采用步进电机细分驱动控制,进一步提高了摆动控制的精度及系统的可靠性。
       
4 开发研制了焊枪高度传感检测装置,在计算机的控制下,能够在焊接过程中,对焊丝干伸长进行自动调节控制。进一步减轻了焊工的劳动强度。
       2.2
经济适用型国产化管道自动封底焊机
       “
西气东输应用实践中发现,根部焊道的焊接已成为自动焊技术充分发挥其技术优势的瓶颈环节,在无内焊机和PWT自动焊设备的施工单位,一般采用STT半自动进行根部焊道的焊接,焊接速度远不能适应自动焊流水作业的需要。故加快开发高效率的自动封底焊技术,已成为各施工单位的迫切需求。
     
工程技术研究院结合各施工单位的实际情况,开发完成了具有自主知识产权的低成本型的全位置自动封底焊机及其配套的焊接工艺技术,并定型为APW-R-I型管道全位置自动封底焊设备。
       2.2.1
已有的封底焊方法
       
目前,在长输管道施工中,封底焊道的焊接有以下几种方法:
       
1 纤维素焊条下向焊。该方法一般用于手工焊的根部焊道焊接,如用于自动焊,则根部焊道的清渣和打磨工作量很大,明显影响自动焊效率的发挥。
       
2 STT半自动焊。这是目前普遍采用的方法。其优点是操作方便,焊缝成型好,效率较高,但封底焊的速度仍不能满足自动焊的要求。
       
3 内焊机。内焊机焊接速度快,焊接质量好,是一种理想的封底焊方法。但内焊机只能适应一种管径,设备重复使用的利用率低,故设备配置的相对费用高,大多数施工单位难以承受。
       
4 PWT自动根焊机。该设备使用灵活,焊接效率高,对管径的适应范围广。是一种理想的自动封底焊设备。但设备复杂,坡口形式特殊,加工难度大,要在现场施工中成熟应用,尚需一定时间的技术及经验积累。另外,该设备是意大利的产品,价格较高,技术配套不够完善,难以在国内大多数的施工单位中推广应用。但我们认为这套设备的技术形式,应该是自动封底焊设备的发展方向。
        2.2.2 APW-R-I
型管道全位置自动封底焊设备的主要特点:
       
1)根据封底焊的工艺要求,采用组合脉冲熔滴过渡控制方法,研制完成的专用焊接电源,通过提高电弧的能量密度,提高电弧的穿透力。设备的峰值电流最高可达600A,短路电流最高可达750A。同时通过对熔滴过渡过程的精确控制,有效地减少了焊接飞溅,保证了焊接过程的稳定和良好的焊道成型。试验证实,本项目开发的专用焊接电源其电弧的熔透性、焊接过程的稳定性以及焊接参数的调节性满足全位置封底焊道的焊接要求。
       
2)采用嵌入式工业控制机系统结合多轴智能运动控制卡,并通过硬件接口电路和功率驱动电路的设计,以及系统软件的设计,实现了电机的驱动,焊接动作的执行,满足封底焊所需的功能,并保证了设备的可靠性。
       
3)采用高精度空间角度传感检测系统,能够对全位置区间按封底焊要求的划分精度进行检测,实现了对焊接过程的精确控制,保证了焊道质量。
       
4)本项目研究完成的系统设备和配套工艺技术,适用于双U型复合坡口,并且完全适用国产的焊丝,100%CO2气保护,其中坡口尺寸基本与现有的PWT推荐的复合坡口一致,但通过试验,对具体细节有所改进,扩展了现有技术的适用范围。
       
5APW-R-I型管道全位置自动封底焊设备。设备适应管径大于Φ600mm 适应对口间隙00.5 mm、错边量0.5 mm、钝边量0.5 mm
       3. 
存在的问题和思考
        
西气东输工程是我国首次规模化应用自动焊技术的工程,国内外的自动焊设备竞相展示,各有千秋,充分显示了先进技术装备高质量、高效率的特点,得到业主、监理、施工单位等各方的认同和肯定。用自动化技术代替人工,推进各施工单位装备技术的进步已是公认的发展趋势。但自动焊在西气东输工程中的应用毕竟还是一项尝试性的工作,全长4000多公里的工程,自动焊只完成了800公里,其中,也反映出一些问题,对这些问题的探讨和解决,必将使自动焊技术得到进一步的完善和提高,真正使我国的管道工程建设水平提高到一个新的层次。下面就一些普遍性的问题提出一点看法,具体如下:
       
1 施工队伍的人员构成
       
现代化的装备需要高素质的人员来掌握。管道自动焊设备是应用多学科的先进成果融合而成的高科技的技术装备,其操作人员应具有一定的科学文化知识的基础,使用方法和操作习惯与使用传统设备完全不同。它不需要长期训练的熟练技巧,但需要一定的文化背景。建议施工单位在招收自动焊焊工时,应考虑其学历背景。
       
2 设备的维护
      
管道自动焊机系统设备属带电脑控制的电子电器类产品,设备的组成和功能与传统的机电设备有很大差异,设备的维护是普通电工难以胜任的。为保证工程的正常进行,现场需按设备的配置数量,按比例配备有具有一定专业知识的电子工程师进行故障的维修和日常的维护,方能保证设备的正常使用,产生应有的效益。
       
3 技术配套
       
实践证明,长输管道自动焊技术是一项综合技术,它是一项多学科、多专业、多种专项技术组合的一种技术集成,要想发挥出最大的效益,需进行一些合理的配置和配套。从管材的制造到焊材的匹配;从坡口加工到现场组对;从吊管机、坡口机、对口器到现场发电机、运输装备等;从封底焊到填充盖面;从预热、打磨到焊接检验等,都需要一个科学的组合,这方面也需作一个系统的研究。它还包括技术标准完善和科学化,工艺技术研究的深入和全面,各个工艺环节配置是否科学和合理,操作人员对技术的理解和掌握等等。
     
4 组织管理
     
现代化的装备用于现代化的工程,当然需要现代化的组织管理,传统的施工队伍的组织管理模式,显然不适应自动焊技术效益的正常发挥,这需要从管理人员的素质,管理体系的建设,施工组织形式以及薪酬激励机制等诸方面都需有所改变和提高。这方面也需进行系统深入的研究。
       
5 技术的持续发展
       
再先进的技术也只能是代表一个时期的技术水平,各个科学领域技术的发展,必将推动自动焊技术不断向前推进。现在难以克服的技术问题,随着技术的进步,在不远的将来,肯定会迎刃而解。因此,在推广应用现有技术的同时,还需继续坚持新技术的开发研究,这也是科学技术发展的必然规律。
       5
、结束语
        
总之,长输管道建设是今后一段时间内工程建设的重要内容。通过西气东输工程,展示了自动焊技术的优越性,其表现出的高效率和高质量,得到大家的肯定,并引起了各方面的重视。它增强了我们进一步完善、提高现有技术的信心和决心。随着综合技术的发展和提高,长输管道自动焊技术的应用必将日益普及。这对于提高我国管道施工企业的总体技术水平,实现与世界管道建设的接轨,参与国际管道建设市场的竞争有着十分重要的积极作用。

 

(中国石油集团工程技术研究院  唐德渝)

 
 
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